(57)【要約】【課題】高輝度投写型表示装置において、複数の光源からの放射光の合成に際して発生する光のロスを低減し、合成する灯数が増加しても合成効率を低下させない。【解決手段】光源ユニットは、光源と、前記光源の放射する光を反射する高次非球面凹面鏡と、前記高次非球面凹面鏡で反射された光が入射し、入射光の進行方向を制御して所定の集光点に略集光させる非球面集光レンズを用いて構成し、多灯合成照明光学装置は、上記の光源ユニットを複数個と、各々の光源ユニットから放射された光を反射する反射ミラーを備えて、前記反射ミラーを各々の集光点の直前に配置し、前記複数の集光点は、光束を反射させた後の近接した領域に並べられるとともに、各々の光軸が略同一方向に揃えるように構成する。【選択図】図１
2010033988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源の放射する光を反射する高次非球面凹面鏡と、
前記高次非球面凹面鏡で反射された光が入射し、入射光の進行方向を制御して所定の集光点に略集光させる非球面集光レンズを有した光源ユニット。
【請求項２】
少なくとも、複数個の請求項１記載の光源ユニットと、各々の当該光源ユニットから放射された光を反射する反射ミラーを備え、
前記反射ミラーを各々の集光点の直前に配置し、前記複数の集光点は、光束を反射させた後の近接した領域に並べられるとともに、各々の光軸が略同一方向に揃えるように構成したことを特徴とする多灯合成照明光学装置。
【請求項３】
近接した領域に並べられた前記集光点を所定量偏心させたことを特徴とする請求項２に記載の多灯合成照明光学装置。
【請求項４】
４個の前記光源ユニットと、第１の反射ミラーと、第２の反射ミラーと、前記第１と第２の反射ミラー間に光束を集光する集光光学系を備え、
対向する１対の前記光学ユニットから放射された光を第１の反射ミラーによって反射し、該反射光をさらに第２の反射ミラーによって光束を反射させて、近接した領域に４つの集光点を並べるとともに、光軸を略同一方向に揃えることを特徴とする請求項２または３に記載の多灯合成照明光学装置。
【請求項５】
請求項２〜４に記載の多灯合成照明光学装置を備えた投写型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空間光変調素子を照明するために用いられる照明光学装置、及び、その照明光学装置を用いて空間光変調素子を照明し、得られた光学像を投写レンズによりスクリーン上に投写するための投写型表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大画面映像を表示する方法の１つとして、映像信号に応じた光学像を形成する空間光変調素子を光で照明し、その光学像を投写レンズにより拡大投写する投写型表示装置が知られている。空間光変調素子としては、例えば、液晶パネルやＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）が用いられる。このような投写型表示装置では、投写画像の高輝度化に対する要望が強い。
【０００３】
投写型表示装置において投写画像の明るさを向上させるためには、ランプの消費電力を大きくすれば良い。しかし、十分なランプ寿命を確保しつつ、消費電力を大きくすると、発光体の形状が長く、太くなり、光学系の光利用効率が低下するという問題がある。そこで、比較的消費電力の小さい複数のランプを用いて上記問題を改善し、投写型表示装置の明るさを効率良く向上させることが知られている（例えば特許文献１を参照）。
【０００４】
係る従来技術の一例として、図８に示すような投写型表示装置が開示されている。この装置は、２つのランプを用いた場合に、各ランプの放射光を集光し、均一性の高い照明光を形成するように照明光学装置を構成したものである。図８は、投写型表示装置の全体構成を示す正面図である。
【０００５】
この投写型表示装置は、ランプ９２０ａ、９２０ｂ、楕円面鏡９２１ａ、９２１ｂ、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ９２２ａ、９２２ｂ、平面ミラー９２３ａ、９２３ｂ、反射プリズム９２４、集光レンズ９２５、第１レンズアレイ９２６、第２レンズアレイ９２７、ビーム合成レンズ９２８、フィールドレンズ９２９、液晶パネル９３０、及び、投写レンズ９３１から構成される。
【０００６】
ランプ９２０ａ、９２０ｂには、メタルハライドランプ、超高圧水銀ランプ、キセノンランプ等が用いられ、発光中心が楕円面鏡９２１ａ、９２１ｂの第１焦点近傍に配置される。ランプ９２０ａ、９２０ｂから放射される光はそれぞれ対応する楕円面鏡９２１ａ、９２１ｂにより集光され、ＵＶ−ＩＲカットフィルタ９２２ａ、９２２ｂで紫外光、赤外光成分が除去された後、平面ミラー９２３ａ、９２３ｂにより、光路が反射プリズム９２４の反射面９２４ａ、９２４ｂに向かうように折り曲げられる。反射プリズム９２４は、楕円面鏡９２１ａ、９２１ｂの第２焦点近傍に配置される。これにより、反射プリズム９２４の反射面９２４ａ、９２４ｂに、ランプ９２０ａ、９２０ｂの集光スポットが形成される。
【０００７】
反射プリズム９２４の反射面９２４ａ、９２４ｂには、アルミニウム膜または誘電体多層膜が蒸着されており、可視光を効率良く反射する。反射プリズム９２４で反射される光は発散光であり、集光レンズ２５に入射する。集光レンズ９２５としては、例えば、非球面の両凸レンズが用いられ、入射光を略平行光に変換する。
【０００８】
集光レンズ９２５からの平行光束は、複数のレンズで構成された第１レンズアレイ９２６に入射し、多数の微小光束に分割される。多数の微小光束は、それぞれ複数のレンズで構成された第２レンズアレイ９２７の対応するレンズ上に収束し、ランプ９２０ａ、９２０ｂの多数の像が形成される。第２レンズアレイ９２７は、第１レンズアレイ９２６と同一の形状を有する。
【０００９】
第２レンズアレイ９２７の各矩形レンズは、対応する第１レンズアレイ９２６からの微小光束を拡大し、ビーム合成レンズ９２８、及びフィールドレンズ９２９を介して、液晶パネル面９３０を照明する。ビーム合成レンズ９２８は、第２レンズアレイ９２７の各矩形レンズから出射した光を液晶パネル５３０上で重ね合わせるために用いられる。このように、第１レンズアレイ９２６の入射光束を多数の微小光束に分割し、それらを拡大して液晶パネル９３０上で重ね合わせるので、液晶パネル９３０上を良好な均一性で照明することができる。
【００１０】
フィールドレンズ９２９は、液晶パネル９３０上を照明する光を投写レンズ９３１の瞳面に集光する。投写レンズ９３１は、液晶パネル９３０上に形成される光学像をスクリーン（図示せず）上に投写する。
【００１１】
以上のような構成により、液晶パネルを複数のランプで照明する構成において、各ランプの放射光を効率良く集光し、均一性の高い照明光を形成しようとするものである。
【特許文献１】特開２０００−３６１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来技術に係る照明光学装置では、第１に、楕円面鏡の反射による集光作用で光束の収束を行っているために、高い収束度が得らない。
【００１３】
第２には、２灯を合成するための反射プリズムの反射面に集光点を設けるため、光学系のケラレによるロス、あるいは、集光状態が取り込み可能な最大範囲をこえたことによるロスが発生する。
【００１４】
このロスは１灯で構成する場合は問題なくとも、２灯から４灯と合成する数が増えるに従い大きなものとなっている。
【００１５】
そこで本発明は、複数の光源からの放射光の合成に際して発生する光のロスを低減し、合成する灯数が増加しても合成効率を低下させないことが可能な照明光学装置を提供することを目的とする。
【００１６】
また、その照明光学装置を用いて、投写画像の高輝度化と、コンパクトかつ低電力を両立することが可能な、複数の光源を用いた投写型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の光源ユニットは、光源と、前記光源の放射する光を反射する高次非球面凹面鏡と、前記高次非球面凹面鏡で反射された光が入射し、入射光の進行方向を制御して所定の集光点に略集光させる非球面集光レンズを用いて構成したものである。
【００１８】
さらに、本発明の多灯合成照明光学装置は、上記の光源ユニットを複数個と、各々の光源ユニットから放射された光を反射する反射ミラーを備えて、前記反射ミラーを各々の集光点の直前に配置し、前記複数の集光点は、光束を反射させた後の近接した領域に並べられるとともに、各々の光軸が略同一方向に揃えるように構成したことを特徴とするものである。
【００１９】
好ましくは、この近接した領域に並べられた集光点を所定量偏心させたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の構成によれば、多灯を合成して光源を用いる場合において、光源単体の消費電力を抑えることで信頼性を確保し、かつコンパクトでありながら高効率に照明でき、超高輝度な投写画像を投写する投写型表示装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における多灯合成照明光学装置の光学レイアウトを示す構成図である。本実施形態では４灯を合成する４灯合成照明光学装置を一例として示している。また、第２の合成プリズム２７からレンズ２８への光軸は、本図においては図面右方向に向かうように図示しているが、これは平面上に１図面として表現するためであって、実際には、本図に垂直に手前に向かって配置している。
【００２３】
図１において、４灯合成照明光学装置は、光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄと、高次非球面凹面鏡２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄと、非球面集光レンズ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄと、第１の反射ミラーとして一対のミラー面を有する第１の合成プリズム２３ａ、２３ｂと、入射側レンズ２４ａ、２４ｂと出射側レンズ２５ａ、２５ｂを組み合わせてなる集光光学系２６ａ、２６ｂと、第２の反射ミラーとして一対のミラー面を有する第２の合成プリズム２７により構成される。
【００２４】
本図に示す多灯合成照明光学装置では、４つの光源ユニットを備えたものであるが、そのひとつを詳細に説明する。
【００２５】
図１において、光源ユニット６０は、光源２１ａと、高次非球面凹面鏡２２ａ、非球面集光レンズ５１ａより構成されている。
【００２６】
光源ユニット２１ａは、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、キセノンランプ等を用いることができるが、特には、小型で発光効率の高い高圧水銀ランプが好適である。
【００２７】
高次非球面凹面鏡２２ａは、光源２１ａの放射する光を反射し集光する作用を有する。またその反射面には、例えば、可視光を効率よく反射し、紫外光、赤外光を透過する誘電体光学多層膜が形成されており、光源２１ａから放射される光のうち可視光成分を効率よく所望の方向に反射する。なお、別途ＵＶ−ＩＲカットフィルタを設けて、光源２１ａから放射される光の成分のうち画像表示に不要な紫外光や赤外光を除去するようにしてもよい。
【００２８】
非球面集光レンズ５１ａは、高次非球面凹面鏡２２ａで反射された光が入射し、入射光の進行方向を制御して所定の集光点に略集光させる。この非球面集光レンズ５１ａと高次非球面凹面鏡２２ａを組み合わせることで、光源２１ａより放射された光を所定の集光点で略集光するものである。
【００２９】
次に、本発明の多灯合成照明光学装置に用いて好適な光源ユニット６０の特徴的な集光の作用を、図を用いて説明する。図２は従来技術の楕円鏡面の問題点を示す断面図、図３は高次非球面凹面鏡の作用原理を説明する断面図、図４はさらに非球面集光レンズを組み合わせた作用を説明する断面図である。
【００３０】
従来技術に係る投写型表示装置のランプの反射鏡には楕円面鏡、または、放物面鏡が使用されている。例えば、楕円面鏡を用いると、図２（ａ）に示すように、原理的には第１焦点ｆ１にある点光源から出た光は、楕円面で反射して第２焦点ｆ２の１点に集束する。
【００３１】
しかしながら、実際の光源は点ではなく有限の体積を持ち、さらには、光源として用いるランプの石英ガラスによるレンズ作用があるため１点に収束できない。この楕円面鏡の現実の状態を図２（ｂ）に示す。なお、この図では、特には石英ガラス２０１のレンズ作用の影響について示している。
【００３２】
ここで、収束度を悪化させる要因を考察すると、図２（ｂ）のＡ部付近、すなわち、楕円面鏡における面頂近傍部反射する光が第２焦点から遠ざかって光源像を大きくしていることが分かった。この状態における集光部の照度分布も含めて図３（ａ）に示す。
【００３３】
そこで、これを補正するために、図３（ｂ）で示すように、凹面鏡を高次非球面化し、面頂近傍部の曲率半径に修正を施すことにより収束度を大幅に改善した。この状態における集光部の照度分布として図３（ｂ）にそのシミュレーションの結果を示す。
【００３４】
次に、非球面集光レンズ２２ａの作用について図４を用いて説明する。光源２１ａのランプとして用いられる高圧水銀ランプでは、一般的に発光管の軸に対して０度付近の角度の光線は発光管自体の影となって利用できない。そのために、図４（ａ）に示すように集光部の光線角度分布を見ると発光管の軸に対する０度付近に光線空洞地帯が発生している。
【００３５】
そこで、本発明の光源ユニットにおいては、非球面集光レンズ５１ａは、単に凹面鏡による反射光の集光を補助するにとどまらず、本発明の高次非球面凹面鏡２２ａと協働して当該０度付近の空洞部を埋めるように働くように形成される。
【００３６】
図４（ｂ）に示すように、まず、０度付近の光線を作り出すために、高次非球面凹面鏡２２ａの面頂近傍部で反射する光を集光点より手前で光軸と交わるように高次非球面凹面鏡２２ａの曲面を、さらに修正をして形成した。そして、変局点を持つ非球面集光レンズ２２ａで、この光軸と交わろうとする光線を所定の集光点に向けて屈折させるようにした。その結果、図４（ｂ）に示すように、集光部の光線角度分布の空洞部は大幅に改善された。
【００３７】
なお、さらには、光源２１ａの発光部は厳密には点ではなく有限の体積を持っている。そのため、原理的には１点に集光するような集光系であっても一定の広がりを持つ。特に、発光部の端部より放射された光束の成分は極端に収束度を悪化させるが、本発明のように構成された光源ユニットでは、さらに修正を施した高次非球面凹面鏡と非球面集束レンズの組み合わせにより、その収束度を改善することを可能としている。
【００３８】
以上のように、本発明の光源ユニットは、従来の楕円面鏡による集光に対して、集光点における収束度や光線角度分布が大幅に優れたものであることが分かる。
【００３９】
次に、４つの光源ユニットから出た光束をひとつに合成する動作について図１に戻って説明をする。
【００４０】
非球面集束レンズ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄから集光点に向かう光束は、それぞれ対応する第１の合成プリズム２３ａ、２３ｂのミラー面によって集光点直前で反射された後、結像され、集光レンズ系２６ａ、２６ｂ側へ向かって出射される。
【００４１】
第１の合成プリズム２３ａ、２３ｂは、断面が二等辺三角形の三角柱状であり、光が入射する面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形成されている。第１の合成プリズム２３ａ、２３ｂ、及び後述の合成プリズム２７とも、光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄからの出力光が微小な面積に集光されるため、ミラー面を形成する多層膜に用いる材料は、耐熱性、対紫外線に優れた材料を用いる必要がある。そうでない場合は、多層膜面にクラックや表面変質が発生し、良好な反射率を維持できなくなる恐れがある。
【００４２】
この条件を満足する材料として、誘電体多層膜を構成する低屈折率層として、屈折率が１．４６のＳｉＯ２と、高屈折率層として屈折率が２．１０のＴａ２Ｏ５の交互周期層により構成されている。高屈折率材料としては、他にＴａ２Ｏ５とＴｉＯ２の混合材料を用いても良い。
【００４３】
第１の合成プリズム２３ａ、２３ｂを出射した光は、その近傍で集光し、一対の集光点が近接した領域に並べられるとともに、各々の光軸が略同一方向に揃えられ、発散光として進行し、それぞれ対応する入射側レンズ２４ａ、２４ｂ、出射側レンズ２５ａ、２５ｂで構成される集光レンズ系２６ａ、２６ｂによって再び収束光に変換される。
【００４４】
集光レンズ系２６ａ、２６ｂを構成する入射側レンズ２４ａ、２４ｂと、出射側レンズ２５ａ、２５ｂは、いずれも正パワーを有し、球面収差を最小限に抑えるため、片面が非球面の平凸レンズを用いている。有効口径、非球面形状、及び焦点距離は互いに同一であり、入射側レンズ２４ａ、２４ｂは、発散光を略平行光に変換し、出射側レンズ２５ａ、２５ｂで収束光に変換する。
【００４５】
このように、レンズの凸面形状を非球面とし、かつ、集光レンズ系２６ａ、２６ｂを２つのレンズによってパワー配分させることによって、レンズで発生する収差を最小限に抑えることができる。
【００４６】
集光レンズ系２６ａ、２６ｂによって集光された光は、第２の合成プリズム２７に形成した一対の第二の反射面によって反射される。第２の合成プリズム２７を出射した光は、その近傍で集光し、一対の集光点が近接した領域に並べられるとともに、各々の光軸が略同一方向に揃えられ、レンズ２８に入射する。
【００４７】
なお、合成プリズム２７は断面が二等辺三角形の三角柱状であり、前述の第１の合成プリズム２３ａ、２３ｂと同様に、光が入射する面には、低屈折率材料と高屈折率材料とを交互に積層した誘電体多層膜ミラーが形成されている。
【００４８】
ここで、レンズ２８から見た第２の合成プリズム２７近傍の４つの集光点について考察を行う。図５は第２の合成プリズム２７近傍の４つの集光点の状況を示す概念図である。
【００４９】
図５において、（ａ）は従来技術で示したような構成を用いて４灯を合成した場合を仮定した第２の合成プリズム２７近傍の４つの集光点（光源像２０２）の状況を示したものである。
【００５０】
従来は合成プリズムの反射面に集光点ができるように光学系を構成している。しかし、集光点は原理的には点であっても、実際は上記の図２〜図４で説明したように広がりを有する。そのため反射面に集光点を作り、かつ、広がった光線をロスなく反射させようとすると、図５（ａ）のような広い範囲で４つの集光点が分布する。これは、４つの光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの像に相当する。
【００５１】
かかる状況で光束を一定範囲に収束したとしても、実際は光学系で取り込める光源像サイズには物理法則で限界が決まっている。最終的に画像を変調する反射型ライトバルブのＤＭＤの面積と、そこに収束させる光学系と等価の光学系の立体角が決まっており、さらに、次段のレンズ２８へ入射する立体角θが決まれば、投写のための光束として取り込める範囲はラグランジェの不変量として決定される。その範囲を取込み可能な最大範囲２０１として、破線の円で示す。
【００５２】
図５（ａ）のような場合、１灯で構成する場合には十分な収束度であっても、かかる場合においては広がりが大きく、さらに、各光源像が離れているため、斜線で図示したようなロス２０３が発生してしまう。
【００５３】
しかしながら、プリズム上の反射位置を調整し図５（ｂ）のように取込み可能な最大範囲２０１の範囲に４つの光源像２０２が入るように構成したとすると、プリズムで有効に反射されないケラレが発生する。図５（ｂ）では、ひとつの光源像２０２について斜線部分のロス２０３が発生する。
【００５４】
結局、複数の光源の光を合成するにあたり、良好な光源像２０２の状態は、図５（ｃ）に示すような状態である。すなわち、全ての光源像２０２が取込み可能な最大範囲２０１の範囲に入るようになっていながら、それぞれが分離しており、そのために集光点の間隔も小さくしていながら所定の偏心量を有し、かつ、高い収束度で狭い範囲に光束が収束している必要がある。
【００５５】
上記の良好な状態に必要な収束度は、本発明の光源ユニットであれば実現可能であることは上述した。さらに以下、本発明の多灯合成照明光学装置の特徴的な構成を説明する。
【００５６】
図６は図１のＡ部を拡大したもので、第１の合成プリズム２３ａに形成された第１の反射ミラー近傍の光束の収束点の状況を示したものである。
【００５７】
第１の合成プリズム２３ａに入射する光は比較的広い範囲に入射しているが、反射光にはケラレなどのロスは生じていない。さらに、第１の合成プリズム２３ａに入射した光は、反射後にその近傍で集光し、一対の集光点が近接した領域に並べられるとともに、各々の光軸が略同一方向に揃えられている。その結果、それぞれが分離しており、集光点の間隔も小さい。また、各々の光軸が略同一方向に揃えるように構成するとともに、近接した領域に並べられた集光点を所定量δだけ偏心させるように構成している。
【００５８】
そして、本発明の光源ユニットによって、高い収束度で狭い範囲に光束を収束させることを可能としたことで、図５（ｃ）に示すような、全ての光源像が取込み可能な最大範囲に入るようになっていながら、それぞれが分離した状態を実現している。
【００５９】
以上のように構成された本発明の多灯合成照明光学装置によって、本発明の光源ユニットとともに、複数の光源からの放射光の合成に際して発生する光のロスを低減し、合成する灯数が増加しても高い合成効率を実現できる。
【００６０】
次に、４灯の光束が合成された後の本実施形態の動作の説明を行う。図７は本発明の光源ユニットと多灯合成照明光学装置を使用した投写型表示装置の全体の光学レイアウトを示す構成図である。図７（ａ）は全体図、図７（ｂ）は光源の配置をＡ方向から見た図、図７（ｃ）は光源の配置をＢ方向から見た図である。
【００６１】
光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄから放射された光が、第２の合成プリズム２７の近傍で４つの集光点を形成し、光軸をそろえられて出射されるまでは上述したとおりである。第２の合成プリズム２７で反射された光は、図７において、照明光学系３５に入射される。
【００６２】
照明光学系３５は、正パワーのレンズ２８、３１、３４、第１レンズアレイ２９、第２レンズアレイ３０、レンズ３１、全反射ミラー３２、３３、レンズ３４の順に配置され、合成プリズム２７を出射した発散光は、レンズ２８によって略平行光に変換され、第１レンズアレイ２９に入射する。
【００６３】
第１レンズアレイ２９に入射する光は光軸に近い中心付近が最も明るく、周辺ほど急激に暗くなる傾向にあるため、このまま反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ上に照明させた場合、面内に輝度の不均一性が残る。そこで、図５に示すように、第１レンズアレイ２９は、細分化された各レンズの開口形状を二次面光源として扱い、各レンズの外形は反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃの有効表示面と同じアスペクト比とし、第１レンズアレイ２９の各レンズから、対応する第２レンズアレイ３０の各レンズ上に光源像をレンズアレイの数だけ細分化して結像させるようにする。
【００６４】
この時、第２レンズアレイ３０の各レンズ上には、４つの光源２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの光源像が結像され、４つの光源像が第２レンズアレイ３０の有効領域内で細密充填に配置されるように、発光体像の結像位置に応じて第２レンズアレイ３０の各レンズの開口形状を最適化させている。こうすることで、第２レンズアレイ３０の有効系を大きくすることなく、良好な集光効率が得られる。
【００６５】
第２レンズアレイ３０からの出力光は、第２レンズアレイ３０と集光レンズ３１、３４とによって、途中、ミラー３２、３３を経て、反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ上に、第１レンズアレイ２９の各レンズ形状の像が重畳されて照明される。
【００６６】
このような構成とすることで、均一でかつ反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃのアスペクト比に対応した集光効率の高い照明をさせることができる。
【００６７】
集光レンズ３４を出射した照明光は、全反射プリズム３６に入射する。全反射プリズム３６は２つのプリズムから構成され、互いのプリズムの近接面には非常に薄い空気層を形成している。空気層は、照明光が空気層に入射する場合には、臨界角以上の角度で入射して全反射されて、反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃ側に斜め方向から進行し、投写画像として反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃから反射された光は、臨界角以下の角度で空気層に入射及び透過して、投写レンズ３９に入射するように角度設定されている。このように、全反射プリズム３６を設けることにより、投写光学系全体をコンパクトに構成できる。
【００６８】
全反射プリズム３６と、反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃとの間には色分解合成プリズム３７が配置されている。色分解合成プリズム３７は３つのプリズムからなり、それぞれのプリズムの近接面には青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーが形成されている。
【００６９】
反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃは赤用、緑用、青用に３つ用い、全反射プリズム３６から入射した光が、まず青反射ダイクロイックミラーによって青色光のみ反射され、青色光となって青色用反射型ライトバルブ３８ｃに入射する。次に、青反射ダイクロイックミラーを透過した光は、赤反射ダイクロイッミラーによって赤色光のみ反射され、赤色光となって赤色用反射型ライトバルブ３８ａに入射する。そして、青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーをいずれも透過した緑色光は、緑色用反射型ライトバルブ３８ｂに入射する。３色の光はそれぞれ対応する反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃによって反射された後、再び青反射ダイクロイックミラーと赤反射ダイクロイックミラーによって１つに合成され、全反射プリズム３６に入射する。
【００７０】
このように、白色光を赤、青、緑の３原色に分解及び合成し、それぞれの映像信号に対応する３つの反射型ライトバルブ３８ａ、３８ｂ、３８ｃを用いることで、高精細でフルカラーの投写画像を表示できる。
【００７１】
以上のように構成することで、本発明の多灯合成照明光学装置を用いて、投写画像の高輝度化と、コンパクトかつ低電力を両立することが可能な、複数の光源を用いた投写型表示装置が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明によれば、複数の光源を用いた高効率な照明光学装置を実現でき、超高輝度な投写画像を投写するプロジェクタ等の投写型表示装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施形態にかかる多灯合成照明光学装置の光学レイアウトを示す構成図
【図２】楕円鏡面の問題点を示す断面図
【図３】高次非球面凹面鏡の作用原理を説明する断面図
【図４】非球面集光レンズを組み合わせた作用を説明する断面図
【図５】本発明の実施形態における第２の合成プリズム近傍の４つの集光点の状況を示す概念図
【図６】図１における第１の反射ミラー近傍の部分拡大図
【図７】本発明の実施形態にかかる投写型表示装置全体の光学レイアウトを示す構成図
【図８】従来例の投写型表示装置の概略構成図
【符号の説明】
【００７４】
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ    光源
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ    高次非球面凹面鏡
２３ａ、２３ｂ    第１の合成プリズム
２４ａ、２４ｂ    入射側レンズ
２５ａ、２５ｂ    出射側レンズ
２６ａ、２６ｂ    集光光学系
２７    第２の合成プリズム
２８、３１、３４    正パワーのレンズ
２９    第１レンズアレイ
３０    第２レンズアレイ
３１    レンズ
３２、３３    全反射ミラー
３４    レンズ
３５    照明光学系
３８ａ、３８ｂ、３８ｃ    反射型ライトバルブ
３９    投写レンズ
３６    全反射プリズム
３７    合成プリズム
５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ    非球面集光レンズ
６０    光源ユニット
２０１    取込み可能な最大範囲
２０２    光源像
２０３    ロス
【図１】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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